Brochado, herramientas y máquinas

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GRUPO TECNOLOGÍA MECÁNICA – PROCESOS DE FABRICACIÒN
BROCHADORAS
Generalidades y Tipos de superficies que generan
Se llama brochado a la operación que consiste en arrancar lineal y progresivamente la viruta de una
superficie de un cuerpo mediante una sucesión ordenada de filos de corte. La herramienta llamada
brocha, ejecuta un movimiento de traslación con velocidad de corte relativamente pequeña (1 a 7
m/min). Es una herramienta de alto costo, y en algunos casos muy elevado, por lo que este proceso se
emplea solo para altas producciones.
El brochado puede ser interior, si la herramienta opera dentro de un agujero pasante (modificando el
perfil), o exterior, si la herramienta opera sobre una superficie abierta. El brochado se ejecuta en una
máquina de un movimiento rectilíneo. La máquina que permite realizar la operación se llama
brochadora, y puede ser de accionamiento mecánico o hidráulico.
La superficie mecanizada es siempre la inversa al perfil de la brocha y en algunos casos es producida
con el movimiento de (lineal) de la herramienta a través de la pieza de trabajo, y en otros, es la pieza
que tiene el movimiento. Debido a que hay pocas limitaciones en cuento a la forma del contorno que
pueden tener los dientes, las limitaciones en las formas de las superficies que pueden ser producidas
por brochado son escasas. Pero hay otras limitaciones:
 no debe haber obstrucción para el pasaje de la herramienta entera sobre la superficie a ser
mecanizada.
 la pieza debe ser suficientemente rígida para soportar los esfuerzos de corte.
El acabado superficial puede ser tan bueno como se
desee, con un adecuado diseño de los dientes de
terminación. El avance en profundidad está dado por
la progresión de un diente a otro, en dirección normal
al movimiento de corte.
En la figura se esquematiza el corte del brochado.
De acuerdo al modo de acción de la herramienta de corte existen dos tipos de brochados de
superficies:
Brochado de superficies interiores: permite, a partir de una abertura previa, el calibrado de
superficies interiore, con la condición de que la herramienta pueda pasar a través de la pieza.
Durante la operación la brocha es rodeada por la pieza y sus dientes atacan en sucesión el agujero de
partida. Las superficies brochadas
interiormente
son
generatrices
rectilíneas paralelas ó helicoidales.
La herramienta se traslada bajo un
esfuerzo de tracción ó compresión.
La pieza está inmóvil, simplemente
apoyada
sobre
una
cara
perpendicular a la traslación de la
herramienta. Se pueden ejecutar
agujeros cilíndricos o no cilíndricos
(cuadrados,
rectangulares,
poligonales, etc.).
En la Figura se muestran algunos
ejemplos de superficies de interior.
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Brochado de superficies exteriores: permite la producción de superficies planas o perfiladas con una
doble condición: generatrices paralelas al eje de brochado y la pieza que permita el paso de la brocha.
Cuando está operando, la parte
no activa de la brocha
permanece exterior a la pieza.
Se puede aplicar a todas
aquellas piezas que presentan
superficies
prismáticas
sin
obstáculos al pasaje de la
herramienta.
En la Figura se muestran
algunos ejemplos de superficies
de exteriores.
Campo de aplicación
El brochado puede ser empleado en un amplio rango de aplicaciones, y ofrece varias ventajas sobre
otros procesos de mecanizado.
Debido que el desbaste y acabado pueden efectuarse en una sola pasada, el proceso es rápido y
eficiente. Además, como pueden obtenerse estrechas tolerancias y proveer superficies muy lisas, rara
vez se necesitan operaciones subsiguientes. Casi cualquier forma irregular puede ser brochada si está
en el mismo plano que la dirección del desplazamiento de la brocha.
Las limitaciones del brochado provienen de las características fundamentales del proceso. Con la
excepción que pueden ser rotadas (cuando los dientes son helicoidales), una brocha siempre se mueve
hacia delante en línea recta. Consecuentemente todos los elementos de las superficies brochadas deben
ser paralelas al eje de desplazamiento. En las superficies externas es imposible brochar un borde que
es perpendicular a la dirección del movimiento de la brocha. No es práctico, tampoco, cambiar la
dirección del desplazamiento de la herramienta. Así, superficies en dos ó más planos no pueden ser
brochadas en una simple operación. Sin embargo dichas operaciones son a menudo mecanizadas por
un brochado múltiple. Cuando se debe remover una gran cantidad de material, generalmente es mejor
usar una operación de desbaste preliminar ó usar dos ó más pasadas de desbaste de la brocha.
Cuando el tamaño juega un papel importante, el tamaño de la brocha, más que el de la pieza, es el que
determina la aplicabilidad del proceso. El brochado de un agujero de 150 mm de diámetro es común,
mientras que para un agujero de 300 mm ya se necesita una brocha más robusta y una máquina mucho
más larga. Para agujeros de diámetros superiores a esta ultima medida, rara vez se utiliza este proceso
por el tamaño y el costo de la herramienta.
Las brochas pueden ser tan pequeñas como 1.3 mm de diámetro y tan grandes como 380- 500 mm de
diámetro. La brocha de empuje interna está limitada en longitud a 25 veces el diámetro de los dientes
de acabado, y la brocha interna de tracción está limitada a 75 veces el diámetro de los dientes de
acabado.
El tamaño de la pieza tiene una pequeña influencia (en especial sobre la velocidad de producción por
hora). El brochado es capaz de proveer y mantener estrechas tolerancias. Esto es inherente al proceso
por varias razones. Si bien el proceso combina cortes de desbaste y acabado en una sola pasada, un
diente solo no cumple ambas funciones. La brocha está compuesta por dientes de desbaste,
intermedios, y de acabado. Cada uno de ellos remueve solamente una cantidad predeterminada de
metal y el contacto en el corte es tan largo como la pasada del mismo sobre la zona de trabajo. Los
dientes de acabado son resguardados por los dientes de desbastado e intermedios y así poder darle una
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máxima vida de producción. A continuación se detalla una tabla de los materiales comúnmente
brochados y sus típicos resultados de tolerancia y terminación.
Tipos de Herramientas
La elección del tipo de máquina brochadora para cada trabajo que se deba realizar depende de varios
factores. La maquina se seleccionará según se tenga que realizar un brochado interior o exterior,
también dependerá de la cantidad de piezas que se necesiten fabricar por hora. Todos estos factores
acotan cada vez más la variedad de maquinas que se puedan utilizar.
Existen varios tipos de maquinas brochadoras que se pueden utilizar, pero que se pueden agrupar en
dos grandes grupos de acuerdo al movimiento de la brocha:


Maquinas Brochadoras Horizontales
Maquinas Brochadoras Verticales
Las mismas a su vez se dividen en maquinas brochadoras para interiores y maquinas brochadoras para
exteriores.
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Brochadoras para interiores
Brochadoras Mecánicas Horizontales para Interiores: En esta clase de máquinas el mandril es
accionado por un casquillo roscado interiormente con rosca trapecial. El casquillo se hace girar por
medio de un par tornillo sin fin rueda helicoidal y por un sistema de ruedas dentadas contenidas en una
caja: estas constituyen el cambio de velocidades. De esta forma pueden obtenerse varias velocidades
de avance (y por tanto de corte) de la brocha, según la dureza del material y el diámetro del agujero.
Existen máquinas que pueden desarrollar una fuerza de tracción de 6 a 40 toneladas; los
correspondientes mandriles portabrocha tienen una carrera 900 a 1500 mm y una velocidad que puede
variar de 1.5 a 4 m/min.
Estas brochadoras no son muy utilizadas debido a la existencia de las máquinas brochadoras
hidráulicas.
Brochadoras Hidráulicas Horizontales para Interiores
En estas máquinas el avance del mandril
es producido por un cilindro hidráulico.
Pieza a Mecanizar
Este tipo de máquinas puede desarrollar
una capacidad de tracción de 2 a 75
toneladas de fuerza y una carrera de
trabajo de hasta 3050 mm, con
velocidades de corte de hasta 12 m/min.
En
la
Figura
se
muestra
esquemáticamente una máquina de este
tipo.
Bomba de Regulación
Tienen las siguientes ventajas respecto de las mecánicas:
 Elasticidad en la fuerza de tiro o arrastre del portabrocha; esto es muy ventajoso, porque si la
herramienta se obstruye en el agujero, en lugar de romperse, se para la marcha del mandril.
 Simplificación de los órganos; pues son eliminados los engranajes, tornillo sin fin- rueda
helicoidal, etc.
 Regulación de la velocidad axial de la brocha según una infinita gama de valores (simplemente
regulando el caudal del fluido hidráulico).
 Regulación de la fuerza máxima de tiro (regulando la presión).
Brochadoras Hidráulicas Verticales para Interiores
Tienen el mismo objeto que las brochadoras horizontales. Presentan la ventaja de no hacer influir el
peso de la herramienta (brocha) durante el brochado, sin embargo tienen una limitante que es su altura,
debido a la altura de los techos de las fabricas existentes. Las brochadoras verticales para interiores se
dividen en pull up, pull down y push down de acuerdo a su modo de operación.
Máquinas de Tipo Pull Up (tracción ascendente): En este tipo de máquinas la pieza es colocada
debajo de la mesa de la brochadora y la brocha trabaja por tracción con un movimiento ascendente. Se
utiliza principalmente para el brochado de agujeros cilíndricos y agujeros con perfiles irregulares. Este
tipo de máquinas tienen capacidades de 6 a 50 toneladas de fuerza, carreras de hasta 1830 mm y
velocidades de brochado de hasta 9 m/min.
Máquinas de tipo Pull Down (tracción descendente): Este tipo de máquinas es mas sofisticado que el
anterior. Para el brochado la pieza se coloca sobre la mesa de trabajo y la brocha se mueve en forma
descendente pero siendo traccionada desde abajo. Al poder colocar la pieza sobre la mesa de la
brochadora se logran mejores tolerancias debido a que se pueden utilizar accesorios de fijación y
centrado de las piezas. Este tipo de máquinas está disponible con capacidades de hasta 50 toneladas de
fuerza, de 380 a 2290 mm de carrera y velocidades de hasta 24 m/min.
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Máquinas de tipo Push Down (compresión descendente): En este tipo de máquinas la brocha trabaja a
la compresión con un movimiento descendente.
En algunos casos, se pueden encontrar máquinas brochadoras universales que pueden realizar un
brochado interior trabajando a tracción, compresión o brochado exterior sólo con el cambio de algunos
accesorios.
Brochadoras para exteriores
Estas máquinas también pueden ser construidas con una
disposición horizontal o vertical. Sirven para realizar un
semiacabado o acabado de perfiles exteriores. Este tipo de
brochado, por requerir un tiempo de ejecución muy breve, está
disputando el terreno a las fresadoras. El brochado exterior se
emplea especialmente en le producción en serie, ya que con
varias brochas compuestas se pueden realizar, en muy poco
tiempo, perfiles también compuestos.
La Figura muestra esquemáticamente una brochadora para
exteriores vertical con accionamiento hidráulico
Tipos de Brochas
Existen de tres tipos:
Brocha Sólida: Es una brocha construida a partir de una barra
sólida. En estas brochas se puede lograr gran precisión
dimensional y concentricidad con respecto a las removibles. Las
principales desventaja que poseen es la dificultad de reparación
de un diente roto y el costo de reemplazo una vez que la brocha
ha alcanzado el máximo de su vida útil.
Brocha Removible: Consiste en una brocha principal en el cual se encuentran las zonas de desbaste y
semiacabado y luego se tiene una sección cilíndrica donde se coloca la sección de acabado que es
removible. Una brocha puede tener mas de una sección removible. Este tipo de brocha puede ser
empleada tanto para brochados internos como brochados externos. Las principales desventajas de
estas brochas está en la pérdida de precisión y concentricidad debido al numero de piezas
involucradas.
Brocha con Inserto: Consiste en un porta herramienta e insertos de acero rápido o metal duro que
se encargan de realizar el corte. Aunque estas brochas pueden utilizarse para el brochado de contornos
irregulares tanto internos como externos, su principal uso es el brochado de grandes superficies planas
tales como bloques de motores de automóviles. Los insertos pueden ser soldados a la brocha o pueden
colocarse de forma removible. Dichos insertos pueden ser de diferente forma, tener distinta cantidad
de filos, etc. Este tipo de brochas tiene la ventaja de tener una larga duración, por ejemplo, un inserto
cuadrado de ocho filos puede ser usado para brochar 25000 piezas por filo, es decir una duración de
200000 piezas por inserto.
Accesorios
Los accesorios en esta clase de máquina herramienta se utilizan para sujetar y posicionar la pieza de
modo de lograr un mejor y más controlado posicionado y así obtener mejores tolerancias. Otro tipo de
accesorio utilizado es el sistema de enganche y desenganche automático de la brocha una vez
terminada la operación de brochado. Esto facilita la automatización del proceso. Algo similar ocurre
con un tipo de maquina brochadora de interiores en la que la brocha queda fija y la mesa con la pieza
es lo que se mueve. Esto se puede ver en la figura.
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